(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの直線の自由度および１つの回転の自由度で互いに対して移動可能な、アーチファクトと前記アーチファクトと相互作用するための測定装置との間の動作コースを決定するためのコンピュータで実施される方法であって、
前記アーチファクトを表す幾何データを受け取るステップと、
前記測定装置を表す幾何データを受け取るステップと、
前記アーチファクトに関する測定データを取得するため、および１つまたは複数の最適化基準に準拠するために、前記測定装置および前記アーチファクトが相互作用関係において相互作用経路に沿って相対的に移動するように、前記少なくとも１つの回転の自由度に関して前記測定装置および前記アーチファクトの間の相対的角度方向をどのように操るかを自動的に決定するステップであって、前記最適化基準が衝突のない移動を含む、ステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
１つまたは複数の性能基準を満たすために、前記装置と前記アーチファクトとの間の前記相対的角度方向をどのように制御することができるかを決定するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記性能基準は、ｉ）装置の加速度、ｉｉ）相互作用の速度、ｉｉｉ）経路長、およびｉｖ）前記装置の動作方向、のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記性能基準は、前記装置と前記アーチファクトとの間の好ましい相対的角度方向を含む、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記装置と前記アーチファクトとの間の複数の相対的角度方向を、前記相互作用経路に沿った複数の点のそれぞれに対して決定するステップを含む、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
衝突のない方向だけを選択するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
第１の角度方向の組合せを有する１対の点の間の移動コスト、および、第２の角度方向の組合せを有する同じ前記１対の点の間の移動コストを決定するステップを含む、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記相互作用経路に沿った複数の対の点に対して、請求項７のステップを繰り返すステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記相互作用経路に沿った合計のコストが所定の基準に準拠している角度方向を選択するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記装置は、接触プローブである、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記装置は、非接触プローブである、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記装置は、少なくとも３つの直交する直線の自由度、および少なくとも２つの直交する回転の自由度で移動可能である、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記装置の可動範囲内に位置するオブジェクトに関係する幾何データを受け取るステップを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記幾何データを用いて、前記相互作用経路を生成するステップをさらに含む、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
アーチファクトと相互作用するように前記動作コースのデータに従って位置調整機械を制御して、その上に取り付けた測定装置を動作させるステップをさらに含む、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記位置調整機械は、座標測定機械である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記位置調整機械は、工作機械である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
コンピュータにより実行されたとき、前記コンピュータに請求項１から１７のいずれかに記載の方法を実施させる命令を含む、コンピュータプログラムコード。
【請求項１９】
請求項１８に記載のコンピュータプログラムコードを担持する、コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
プロセッサと、
メモリとを備え、前記プロセッサおよびメモリの少なくとも１つは請求項１から１７のいずれかに記載の方法を実施するように適合される、コンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーチファクトと、アーチファクトと相互作用する装置との間の相対的な動作コースであって、例えば、アーチファクトを測定するための位置調整装置上に取り付けられた測定装置の動作手順を判定するための方法に関する。本発明は、特に、最適化した動作コースの生成に関する。
【０００２】
特に、本発明は、測定装置の位置および方向を変えることが可能な座標位置調整装置に取り付けられる測定装置に適している。座標位置調整装置は、複数のコンポーネントを備え、例えば、三次元測定機（ＣＭＭ：ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）のような座標位置調整装置に取り付けられる１または複数の軸で回転動作可能な間接プローブヘッド、マシンツール等である。座標位置調整装置は、手動測定アームや検査ロボット等の単一のコンポーネントをもまた含むことができる。
【背景技術】
【０００３】
ワークピース（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）が製造された後に、機械の動作範囲内で３つの直交方向Ｘ、Ｙ、Ｚにおいて駆動可能な測定プローブが取り付けられる中空軸を有する、ＣＭＭまたはその他の種類の座標位置調整装置において当該ワークピースが検査される。
【０００４】
特許文献１には、２つの回転の自由度を備えてワークピースの表面を走査するプローブを方向付けることが可能な間接プローブヘッドが開示されている。一般に、そのようなプローブヘッドは、２つの直交回転軸に関してプローブを方向付けることが可能な２つの回転駆動機構を含む。そのような間接プローブは、ＣＭＭの中空軸上に取り付けられて、５つの自由度（すなわち、ＣＭＭにより与えられる３つの一次自由度、および間接プローブヘッドにより与えられる２つの回転の自由度）にプローブチップを配置することができる。
【０００５】
ワークピースがプローブにより測定されるとき、測定装置が移動する測定経路がプログラムされている必要がある。測定経路は、一般的には、ＣＡＤ図面の解釈により、またはソフトウェアを用いて、測定されるワークピースの幾何学モデル（例えばＣＡＤ）からの特性に測定を適用するオペレータにより手動で設定される。
【０００６】
２つの既知のＣＡＤデータタイプは、境界表現（Ｂ−Ｒｅｐ）およびポリゴンモデリング（メッシュモデリングとしてもまた知られている）である。Ｂ−Ｒｅｐは、境界を用いて形状を表現するための方法である。立体は、接続された面要素の集合とすることができる。面要素は、立体と非立体との間の境界を表す。Ｂ−Ｒｅｐは、２つの部分、つまり接続形状および幾何形状から成る。接続形状は、アイテムの分類により、幾何形状の接続性を表す。主な接続形状のアイテムは、表面境界領域として描写される面と、境界曲線部分として描写される接線と、三次元離散空間における各点と、である。このパラメトリック測定基準モデル形式の利点は、この接続形状を参照することにより、それらの表面描写が測定計画において積極的に用いることが可能であるということである。
【０００７】
ポリゴンモデリングまたはメッシュモデリングは、ポリゴン（例えば、三角形）を用いて表面を表現するか、または近似することにより、オブジェクトをモデリングするための別々の手法である。ポリゴンモデリングに用いられる基本的なオブジェクトは、ポリゴンの頂点が、２つのポリゴン接線の交点であるような頂点である。直線により接続される２つの頂点は、接線になる。３つの頂点は、互いに３つの接線により接続されて、三角形を定義する。ポリゴンモデリングは、ワークピースの表面をポリゴンの集合（例えば、ポリゴンファイルフォーマットＰＬＹ）、およびしばしば三角形（例えば、ステレオリソグラフィーフォーマット：ＳＴＬ）のように描写する。これらのフォーマットは、パラメータ化した情報を保持しないという点で不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５,１８９,８０６号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、アーチファクトの幾何モデル、およびアーチファクトと相互作用するためのツールの幾何モデルから、１または複数の最適基準に従うように相互作用する経路に沿って、アーチファクトとツール装置との間の関連する動作コースを生成するための方法を提供する。
【００１０】
本発明の第１の態様に従って、少なくもと１つの直線の自由度、および少なくとも１つの回転の自由度に関して移動可能なアーチファクトと相互作用する装置と、アーチファクトとの間の動作コースを判定するコンピュータ実施可能な方法が提供される。当該方法は、アーチファクトを表す幾何データを受信することと、装置を表す幾何データを受信することと、幾何データから、装置とアーチファクトとが、１または複数の最適基準に従うように相互作用経路に沿って相互に関連付けられて方向付けされる方法を判定することと、を備える。
【００１１】
アーチファクトおよび装置自身の幾何データを用いて、相互作用経路に沿う少なくとも１つの回転の自由度において装置とアーチファクトとを相対的に方向付けする方法を判定することにより動作パフォーマンスを改善することができる。さらに、相互作用経路に沿った相対的角度方向をコンピュータプログラムが自動的に判定するので、ユーザからの入力またはガイダンスを必要としない。
【００１２】
本発明の方法は、実動作中に装置、および／またはアーチファクトが取りうる動作コースにアクセスすることができる。この判断は実動作よりも前に生じることができる。
【００１３】
好ましくは、本装置は、アーチファクトに関連して動作可能であることである。好ましくは、本装置は、少なくとも１つの直線の自由度と、少なくとも１つの回転の自由度において動作可能である。好ましくは、本方法は、１または複数の最適基準に従うように相互作用経路に沿って、幾何データから、少なくとも１つの回転の自由度において装置を向けることができる方法を判定することを備える。
【００１４】
任意に、本方法は、装置およびアーチファクトの相対的方向を記述する動作コースのデータを生成することを備える。動作コースのデータは、例えば、アーチファクトと相互作用する間に装置およびアーチファクトの相対的方向を制御する動作中に用いることができる。好ましくは、該データは、動作コースのデータに従って、装置およびアーチファクトの相対的方向を自動的に制御するためのコントローラーによって用いられる。該データは、座標位置情報を含む。該データは、少なくとも１つの回転軸について配置される装置の角度を判定するためのコントローラーにより用いられるデータを含む。
【００１５】
当然のことながら、１または複数の最適基準に従うように相互作用経路に沿って、装置およびアーチファクトが相対的に方向付けすることができる方法を判定することは、実際の相互作用動作の開始に先立ってすることができる。従って、このことは、動作の計画段階の一部としてすることができる。任意に、このことは、実際の動作中にも実施することが可能である。従って、実動作は、動作コースの全体が決められる前に開始することができる。
【００１６】
本方法は、動作コースのデータを出力することを備える。動作コースのデータは、装置またはアーチファクトを取り付けることができる位置調整装置のコントローラーに出力されうる。本方法は、メモリ装置内に動作コースのデータを格納することを備える。本方法は、動作コースのデータに従って、位置調整装置に取り付けられる装置およびアーチファクトのうちの少なくとも１つの動作を制御することをさらに備える。動作コースのデータ生成と、動作コースのデータに従って装置およびアーチファクトのうちの少なくとも１つの動作を制御することとは、同一のコンピュータ装置によって実施することができる。任意に、別々の装置によっても実施することができる。本方法は、動作コースのデータを表示することを備える。例えば、動作コースのデータは、画像表示ユニット上に表示することができる。
【００１７】
本方法は、固定方向を判定するために用いることができる。固定方向は、１または複数の最適基準に従うように、相互作用経路に沿って変化しない方向である。好ましくは、本方法は、１または複数の最適基準に従って相互作用経路に沿って相対的に移動するように、装置とアーチファクトとの間の相対的方向を操作する方法を判定することを備える。したがって、本方法は、動作前または動作中に、装置およびアーチファクトが相互作用経路に沿って相対的に移動するように、装置およびアーチファクトの相対的方向を変化する方法を判定するように用いることができる。このことは、移動中に相互作用経路に沿って相対的に再方向付けすることが動的に可能な装置およびアーチファクトに関する動作コースを判定するときに、特に役立つものである。例えば、これは、再方向付けする装置と相互作用する必要なしに相対的に再方向付けすることが可能な装置およびアーチファクトの動作コースを判定するときに、特に役立つものである。
【００１８】
したがって、好ましくは、装置およびアーチファクトの相対的方向は、相互作用経路に沿って固定されない。むしろ、好ましくは、それらの相対的方向は、相互作用経路に沿って動的に変化する。
【００１９】
当然のことながら、幾何データは、寸法データを含むことができる。幾何データは、形状データを含むことができる。好ましくは、幾何データは、三次元（３Ｄ）データを含む。したがって、幾何データは、装置およびアーチファクトの３Ｄモデルとすることができる。幾何データは、位置データを含むことができる。本方法は、幾何データを得ることを備える。例えば、幾何データは、メモリ装置から得ることができる。幾何データは、前に得られたリファレンスとなるアーチファクトの測定から得ることができる。幾何データは、ユーザによって生成することができる。例えば、幾何データは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）データであることも可能である。例えば、幾何データは、アーチファクトの境界表現とすることができる。任意に、幾何データは、アーチファクトのポリゴンモデルとすることができる。当然のことながら、アーチファクトおよび装置の受信幾何データは、共通の座標フレームにおいて結合することができる。
【００２０】
当然のことながら、幾何データは、描写するものの真の表現である。任意に、幾何データは、描写するものの抽象的な表現でありうる。これは、特に、装置を描写する幾何データに関する場合である。例えば、装置の幾何データは、装置の形状の抽象的表現でありうる。例えば、装置が不規則な形状の場合でさえ、幾何データは、規則的な形状情報を用いて装置を描写する。例えば、幾何データは、１または複数の規則的な形状のように装置を描写する。例えば、幾何データは、すくなくとも１つの球のように装置を描写する。例えば、幾何データは、少なくとも１つの円筒のように装置を描写する。接触測定プローブを特定の例として取り上げれば、該プローブヘッドおよび／または該プローブ本体は、例えば、球、円筒のような針、および球のような先端のように表現可能である。
【００２１】
好ましくは、本方法は、少なくとも２つの直線の自由度、より好ましくは３つの直線の自由度において相対的に移動可能な装置およびアーチファクトの動作コースを生成することである。好適には、直線の自由度は、相互に垂直である。好適には、本方法は、少なくもと２つの回転の自由度において相対的に移動可能な装置およびアーチファクトの動作コースを生成することである。好適には、少なくとも２つの回転の自由度は、２つの略垂直軸である。３つの自由度および２つの回転の自由度において移動可能な装置は、計測業において５軸装置として共通に参照される。従って、動作コースのデータは、装置およびアーチファクトの相対的方向を少なくとも２つの軸について描写することができる。しかし、当然のことながら、本発明は、そのようなシステムに限定されず、また、より多くの自由度、例えば、３、４、またはそれ以上の回転の自由度および／または直線の自由度により相対的に移動可能な装置およびアーチファクトの動作コースを判定するために用いることができる。
【００２２】
装置は、アーチファクトを加工するためのツールでありうる。例えば、該ツールは、穴あけツール、圧延ツール、または研磨ツールでありうる。
【００２３】
装置は、測定装置でありうる。測定装置は、測定プローブでありうる。測定プローブは、アーチファクトの寸法を測定するためのものでありうる。適切な測定プローブは、接触プローブを含む。当然のことながら、接触プローブは、一般的には、測定されるアーチファクトと相互作用するための接触端を有する。先端およびアーチファクトの間における接触は、測定プローブにより検出可能である。適切な即手プローブは、接触トリガプローブおよび検出プローブを含む。適切な測定プローブは、非接触プローブをもまた含む。例えば、測定プローブは、インダクタンスプローブ、容量プローブ、または任意のプローブでありうる。特に、測定プローブは、カメラプローブでありうる。
【００２４】
測定装置は、表面センサを備えることができる。表面センサは、アーチファクトを測定するためのアーチファクトの表面と相互作用する部品である。以下に述べるように、表面センサは、接触表面センサまたは非接触表面センサでありうる。測定装置は、表面センサが取り付けられる本体を含む。表面センサは、本体から離れるように間隔を空けることができる。例えば、表面センサは、本体から伸長する針の先端に向けて取り付けることができる。本体は、位置装置、例えば位置装置の中空軸上に取り付けるための測定装置のパーツでありうる。本体は、少なくとも１つの回転の自由度を備えることができる。任意に、少なくとも１つの回転の自由度は、位置装置によって与えられる。例えば、少なくとも１つの回転の自由度は、測定装置が取り付けられる頭部によって与えられる。したがって、少なくとも１つの自由度をもつ軸は、表面センサによりも遠位にすることができる。
【００２５】
当然のことながら、相互作用経路は、装置が動作中に取る経路を含む。相互作用経路は、測定装置が測定動作中に取る測定経路を含む。任意に、相互作用経路は、ツールが機械加工動作中に取る機械加工経路を含む。相互作用経路は、順々に実行されるときに全体の相互作用動作を記述するサブ経路の複数のうちの１つのサブ経路でありうる。該経路は、位置情報のみを含めることができる。したがって、該経路は、動作情報を含めないことができる。
【００２６】
相互経路は、装置が、アーチファクトに関連して相互作用関係にある間の動作中に取る経路を含むことができる。例えば、相互作用経路は、測定装置が、アーチファクトに関連する関係を検知する位置に在る間の測定動作中に取る経路を含むことができる。任意に、相互作用経路は、ツールが、アーチファクトを機械加工（例えば、切断、研磨、圧延）する間の機械加工中に取る経路を含むことができる。したがって、本方法は、アーチファクトと相互作用する間に装置を方向付けする方法を判定することを備えることができる。例えば、本方法は、アーチファクトに関する測定データを獲得する間に装置を方向付ける方法を判定することを備えることができる。相互経路は、より一般的には、アーチファクトの周辺を移動する間に装置が取る経路を含むことができる。したがって、相互作用経路は、装置が、アーチファクトに関連して相互作用関係にあるところの位置の間で取る経路を含むことができる。当然のことながら、相互作用経路は、装置により相互作用することとなるアーチファクト上の経路でありうる。例えば、相互作用経路は、測定されるアーチファクト上の経路でありうる。任意に、相互作用経路は、機械加工（例えば、切断および／または圧延）されるアーチファクト上の経路でありうる。
【００２７】
当然のことながら、例えば、相互作用経路がアーチファクト上の固定経路である場合、決められた方向を得るために、次に、少なくとも１つの直線の自由度においてアーチファクトおよび装置を相対的に再位置付けする必要がありうる。したがって、装置およびアーチファクトが相互に関連して方向付けることができる方法を判定することは、少なくとも１つの直線の自由度において装置およびアーチファクトの相対的位置を判定することを備えることができる。
【００２８】
本方法は、相互作用経路を表すデータを得ることを備えることができる。相互作用経路は、ユーザにより入力されることができる。したがって、本方法は、ユーザインターフェース装置から相互作用経路を受け取ることを備えることができる。相互作用経路は、測定されるアーチファクトについて予め決めておくことができる。すなわち、相互作用経路は、本発明の実行に先立って決めることができる。したがって、本方法は、相互作用経路を取り出すことを備えることができる。相互作用経路は、記憶装置から取り出すことができる。
【００２９】
任意に、相互作用経路は、幾何データから生成することができる。本方法は、幾何データから相互作用経路を生成することを含むことができる。
【００３０】
相互作用経路は、複数の点を含むことができる。例えば、相互作用経路は、相互作用することとなるアーチファクト上の複数の点を含むことができる。例えば、測定経路は、測定されることとなるアーチファクト上の複数の点を含むことができる。この点はそれぞれ、個別の点でありうる。任意に、相互作用経路データは、線、寸法、自由度等を含むことができる。例えば、測定経路データは、取得される測定結果と共に、線、寸法、自由度等を含むことができる。例えば、相互作用経路は、ベクターデータを含むことができる。任意に、相互作用経路は、２点間の曲線のように定義することができる。
【００３１】
本発明の利用による適切な最適化基準は、相互作用動作の性能に関連する基準を含むことができる。したがって、本方法は、１または複数の性能基準を満たすように相互作用経路に沿う装置の動作中に、装置およびアーチファクトの相対方向が操作される方法を判定することを含むことができる。性能基準は、相互作用のスピードを含むことができる。例えば、性能基準は、測定スピードまたは機械加工スピードを含むことができる。性能基準は、相互作用経路の経路長を含むことができる。性能基準は、所定の加速レベルを含むことができる。所定の加速レベルは、装置の加速度に関連させることができる。所定の加速レベルは、最大化速度を含むことができる。性能基準は、動作方向を含むことができる。性能基準は、測定量を通じて装置および／またはアーチファクトの移動を制御する位置装置の最小移動を確保することを含むことができる。性能基準は、装置および測定されるアーチファクトとの間の所定の相対方向を維持することを含む。性能基準は、装置が、相互作用経路に沿って移動することを確保することを含むことができる。例えば、性能基準は、測定装置が測定経路に沿って移動することを確保することを含むことができる。これは、測定装置が位置装置に取り付けられる各点を、測定装置の表面のセンサが追跡するときの例である。これは、測定経路に沿って押し出される測定装置と向かい合うことができる。
【００３２】
本発明で利用する適切な最適基準は、動作境界に関する基準を任意に含むことができる。例えば、最適基準は、動作コースが衝突の自由移動を確保することを含むことができる。これは、装置とアーチファクトとの間の衝突のない移動を含むことができる。したがって、本方法は、装置とアーチファクトとの間の衝突を避けるために、相互作用経路に沿って互いに関係付けられて方向付けられる方法を判定することを含むことができる。
【００３３】
これは、装置の移動範囲において配置される相対的に動作可能な他の任意のオブジェクトの間で衝突のない移動を含むことができる。例えば、これは、装置とアーチファクトの相対移動に作用する部品の衝突のない移動を含むことができる。したがって、本方法は、ある動作中に装置の移動範囲において配置されるオブジェクトに関連する幾何データを受け取ることをさらに備える。そのような物は、装置を格納するためのラックでありうる。そのような物は、装置を再方向付けするために用いられる物でありうる。そのような物は、アーチファクトを配置するために用いられる固定装置を含むことができる。そのような物は、別のアーチファクトでありうる。そのような物は、装置が取り付けられる位置装置でありうる。
【００３４】
当然のことながら、装置が動作可能な実施形態において、衝突は、装置および、アーチファクトまたは装置の稼動範囲内に配置される他のオブジェクトとの間の好ましくない接触を含みうる。さらに、アーチファクトが動作可能な実施形態において、衝突は、アーチファクトおよび、装置またはアーチファクトの稼動範囲内に配置される他の物との間の好ましくない接触を含みうる。装置が非接触の測定装置である実施形態において、衝突は、非接触の測定装置および、アーチファクトまたは他のオブジェクトとの間の接触を含みうる。
【００３５】
動作中にアーチファクトと接触することを目的とする接触部分を持つ装置における実施形態では、衝突は、装置の当該接触部分以外の部分と、アーチファクトとの間の接触を含みうる。これは、接触部分とアーチファクトとの間の意図しない接触、例えば、接触部分と、アーチファクトの相互作用しない部分との間の接触を含みうる。例えば、測定装置が先端感部を有する接触プローブの実施形態において、測定装置の先端感部以外の部分と、アーチファクトとの間の接触を含みうる。これはまた、先端感部と、測定されるアーチファクトとの間の好ましくない接触、例えば、先端感部と、アーチファクトの測定されない部分との間の接触を含みうる。
【００３６】
衝突は、異なるコンポーネントを表す幾何データ間での望まれない交差を識別することにより判定することができる。例えば、衝突は、装置を表す幾何データと、他の部分を記述する幾何データ、例えば装置の移動量におけるアーチファクトとの間の望ましくない交差を認識することにより識別される。当然のことながら、装置がアーチファクトの接触部分、例えば表面センサのようなものを備える実施形態において、一部の交差は許容することができる。例えば、アーチファクトの接触部分を表す幾何データと、相互作用するアーチファクト上の点との間の交差は、許容可能である。しかし、他の全ての交差は望ましくないものでありうる。
【００３７】
本方法は、相互作用経路に沿った複数の各点について、装置とアーチファクトとの間の複数の相対方向を判定することを備えることができる。本方法は、相互作用経路に沿った複数の各点について、衝突のない方向のみを選択すすることをさらに備えることができる。本方法は、１または複数の最適基準に従う方向を衝突のない方向から選択することをさらに備えることができる。本方法は、相互作用経路に沿う一組の点の間の移動に関連したコストを判定することを備えることができる。該コストは、一組の点における装置およびアーチファクトの相対方向に依拠することができる。従って、本方法は、第１の方向の組み合わせを有する一組の点の間の移動コストを判定することを備えることができる。本方法は、第２の方向の組み合わせを有する同一の一組の点との間の移動コストを判定することを備えることができる。当然のことながら、一組の点の方向の組み合わせは、相互作用経路に沿う第１および第２の点における装置とアーチファクトの相対方向を記述する。第１および第２の点における装置およびアーチファクトの相対方向は、同一または異なるものとすることができる。好ましくは、第１および第２の点の少なくとも１つにおける装置の方向は、第２の方向の組み合わせにおいて第１の方向の組み合わせへとは異なる。本方法は、最小のコストである方向の組み合わせを選択することを備えることができる。
【００３８】
本方法は、相互作用経路に沿う複数の点の組み合わせそれぞれに関するコストを判定することを備えることができる。本方法は、相互作用経路に沿った全てのコストが所定の基準に従うこととなるこれらの方向を選択することを備える。該所定の基準は、最小コストの相互作用経路を選択することでありうる。
【００３９】
当然のことながら、移動コストは、２点間の移動プロパティを表す値である。例えば、プロパティは速度でありうる。プロパティは時間でありうる。プロパティは距離でありうる。プロパティは加速度でありうる。コストは、２またはそれ以上の上記プロパティの組み合わせでありうる。任意に、コストのプロパティは、ユーザによって入力される。
【００４０】
本方法は、相互作用経路に沿って制御されうる測定装置の方向をそれぞれ記述する異なる可能な動作コースの複数を判定することを備えることができる。本方法は、１または複数の最適基準に従う複数の動作コースから少なくとも１つの動作コースを選択することを備えることができる。選択された少なくとも１つの動作コースは、最適基準に従うものでありうる。任意に、選択された少なくとも１つの動作コースは、１または複数の最適基準のすくなくとも１つに従うことができる。例えば、選択された少なくとも１つの動作コースは、衝突のない移動を確保しうる。選択された少なくとも１つの動作コースは、装置の最小化速度を確保しうる。選択された少なくとも１つの動作コースは、相互作用の最小期間を確保しうる。選択された少なくとも１つの動作コースは、１または複数の上記基準に従いうる。
【００４１】
本方法は、最適基準を受け取ることを備えることができる。最適基準は、ユーザによって判定され入力されうる。任意に、本方法は、ユーザにより入力されたルールを受け取り、これらルールに基づいて最適基準を判定することを備えることができる。本方法は、幾何データへのルールおよびロジックの適用から最適基準を判定することを備えることができる。
【００４２】
当然のことながら、相互経路は、アーチファクトの一部分に及びうる。任意に、相互作用経路は、実質的にアーチファクトの全体に及びうる。この場合において、相互作用経路は、複数のサブ経路を備えることができる。
【００４３】
本方法は、アーチファクトの少なくとも一部分を測定するための指示を受け取ることを備えることができる。該指示は、ユーザインターフェース装置から受け取ることができる。従って、該指示は、ユーザにより入力されうる。このことは、ユーザが測定されるアーチファクトの点を選択することを可能にする。
【００４４】
本発明の第２の態様に従って、コンピュータによって実行されるときに、コンピュータに上記方法を実行させる指示を含むコンピュータプログラムコードが提供される。
【００４５】
本発明の第３の態様に従って、上記コンピュータプログラムを包含するコンピュータ読取可能な媒体が提供される。
【００４６】
本発明の第４の態様に従って、プロセッサと、メモリとを備え、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリは、上記方法を実行するように適用されることを特徴とするコンピュータが提供される。
【００４７】
本発明の別の態様に従って、本方法は、パーツを測定するときに測定装置が移動しうる経路を生成することと、パーツの幾何モデルを用いることと、を備える。本方法は、（ａ）パーツの幾何モデルの表面上の複数の点を生成することと、（ｂ）各測定点に関し、測定装置の複数の方向を生成することと、（ｃ）測定装置に関する最適経路を生成することと、を備え、複数の点の測定に関し位置および方向を判定することとを含む。好適には、幾何モデルは、ＣＡＤモデルであり、例えば、境界表現またはポリゴンモデルである。ステップ（ｂ）において生成される各点を測定するための測定装置の複数の方向は、個別に設定されるか、または機能的に得ることが可能である。好適な実施形態において、パーツの幾何モデルは、測定装置の幾何モデルと、座標位置調整装置とが組み合わされる。ステップ（ｃ）における測定装置の各方向に関し、測定装置または座標位置調整装置と、パーツとの間で衝突があるかどうかが判定される。測定装置および座標位置調整装置のこれら衝突自由方向のみ、最適経路を生成するために用いられる。測定装置は、測定プローブを含みうる。測定プローブは、ワークピースの接触端としての針を備える接触測定プローブを含むことができる。測定プローブは、非接触プローブ、例えば、光学プローブ、インダクタンスプローブ、または容量プローブでありうる。測定装置は、カメラを含むことができる。好ましくは、測定装置は、座標位置調整装置上に取り付けられる。座標位置調整装置は、座標位置調整装置に取り付けられた測定装置の位置および方向をともに変化させることができる装置を含みうる。座標位置調整装置は、複数のコンポーネント、例えば、座標測定装置（ＣＭＭ）のような座標位置調整装置上に取り付けられた２または複数の軸で回転動作を与える関節プローブヘッドを含みうる。座標位置調整装置は、単一のコンポーネント、例えば、手動の座標測定アーム、ロボットのようなアーム等を含みうる。ステップ（ｃ）における経路は、移動スピード、経路長、座標位置調整装置の加速制限等の基準に対して最適化されうる。
【００４８】
本発明のさらに別の態様は、パーツを測定するときに測定装置が移動しうる経路を生成するためのコンピュータプログラムを提供する。該コンピュータプログラムは、コンピュータ上で実行されるときに次のステップを実行するように適合されたコードを含む。（ａ）パーツの幾何モデルを入力することと、（ｂ）パーツの幾何モデルの表面上の複数の点を生成することと、（ｃ）各点を測定するための測定装置の複数の方向を生成することと、（ｄ）測定装置に関する最適化した経路を生成することと、複数の点の測定に関し位置と方向を判定することとである。好ましくは、コンピュータプログラムは、ＣＤ、ＵＳＢスティックまたは他の媒体などの担体上に提供される。コンピュータプログラムは、インターネットから直接にダウンロードすることも可能である。コンピュータプログラムは、最適化した経路を出力することと、最適化した経路を表示すること、またはメモリに最適化した経路を格納する追加のステップを有することができる。
【００４９】
本発明の好適な実施形態は、添付の図面とともに例示により示されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ワークピースが取り付けられるＣＭＭを示す図である。
【図２】図１のＣＭＭ上に取り付けるための関節接合スキャンヘッドを示す図である。
【図３】本発明の方法の全体を示すフロー図である。
【図４】選択された表面上の複数の点を生成する方法を示すフロー図である。
【図５】周期的表面上の螺旋測定プロファイルを示す図である。
【図６Ａ】ＮＵＲＢＳ表面上における、正弦波に基づく曲線測定プロファイルを示す図である。
【図６Ｂ】ＮＵＲＢＳ表面上における、サメ歯形状に基づく曲線測定プロファイルを示す図である。
【図６Ｃ】ＮＵＲＢＳ表面上における、方形波に基づく曲線測定プロファイルを示す図である。
【図７】２つのループ表面に関する曲線測定プロファイルを示す図である。
【図８Ａ】３つの非周期ループ表面に関する異なる曲線測定プロファイルを示す図である。
【図８Ｂ】３つの非周期ループ表面に関する異なる曲線測定プロファイルを示す図である。
【図８Ｃ】３つの非周期ループ表面に関する異なる曲線測定プロファイルを示す図である。
【図８Ｄ】３つの非周期ループ表面に関する異なる曲線測定プロファイルを示す図である。
【図９】平面上の測定プロファイルを生成する別の方法を示すフロー図である。
【図１０】円筒平面から平行してオフセットされた正弦波の曲線測定プロファイルを示す図である。
【図１１】図１０の円筒に、平面上の投影測定プロファイルが示されている図である。
【図１２】円筒面上の表面特性を生成するためのフロー図を示す。
【図１３Ａ】円筒の内径の内側の螺旋測定プロファイルを示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの内径面上の投影螺旋測定プロファイルを示す図である。
【図１４】一般表面上の表面測定プロファイルを生成するためのフロー図である。
【図１５】各点における表面装置の複数の方向を生成するための方法を示すフロー図である。
【図１６】最適経路の生成にＤｉｊｋｓｔｒａアルゴリズムを適用する様子を示す図である。
【図１７】測定経路に沿って測定されるアーチファクトに関する測定プローブの様々な方向を計算する様子を示す図である。
【図１８】測定経路に沿って測定されるアーチファクトに関する測定プローブの判定された方向を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、座標位置調整装置上に取り付けられた測定プローブ２８の形態における測定装置を示す。この実施形態では、座標位置調整装置は、ＣＭＭ１４上に搭載された関節プローブヘッド（ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ｐｒｏｂｅ  ｈｅａｄ）１６を含む。測定されるワークピース１０は、ＣＭＭ１４のテーブル１２上に取り付けられ、また関節プローブヘッド１６は、ＣＭＭ１４のクイル（ｑｕｉｌｌ）１８に取り付けられる。クイルは、知られた方法で、モータによりテーブルに対してＸ、Ｙ、Ｚの３方向に駆動することができる。ＣＭＭでは、モータおよび変換器により各軸における動作が提供および測定される。この構成は、国際特許出願第ＷＯ９０／０７０９７号にさらに記載されている。関節プローブヘッドは、関節プローブヘッド上に取り付けられたプローブまたはスタイラスを、２つの直交軸周りで回転させることを可能にする。このように、関節プローブヘッド上に取り付けられたプローブまたはスタイラスを、これらの２軸周りで角度的に方向付けることができ、一方、座標位置調整装置により、関節プローブヘッドを該装置の可動範囲内の任意の位置に配置することができる。このような関節プローブヘッドは、プローブまたはスタイラスを多くの異なる方向に配置することができるため、座標位置機械に対して、走査における多大な自由度を提供する。
【００５２】
図２に示すように、関節プローブヘッド１６は、モータＭ１によりハウジング２０に対して軸Ａ１周りで回転可能なシャフト２２の形態における可動部分を支持するベースまたはハウジング２０により形成された固定部分を備える。シャフト２２は他のハウジング２４に固定され、そのハウジング２４は次に、軸Ａ１に対して直角をなす軸Ａ２周りで、モータＭ２によりハウジング２４に対して回転可能なシャフト２６を支持する。
【００５３】
ワークピース接触先端３０の付いたスタイラス２９を有するプローブ２８は、関節プローブヘッド上に取り付けられる。その構成は、関節プローブヘッドのモータＭ１、Ｍ２がワークピース接触先端を、軸Ａ１またはＡ２に関して角度を付けて配置できるようにし、かつＣＭＭのモータが、関節プローブヘッドを、ＣＭＭの三次元座標フレームワークピース内のいずれかに直線的に配置することができ、スタイラスの先端が、走査される表面と所定の関係になるようにする。
【００５４】
直線位置変換器（図示せず）は、関節プローブヘッドの直線的な変位を測定するためにＣＭＭ上に設けられており、また角度位置変換器Ｔ１およびＴ２が、それぞれ軸Ａ１およびＡ２周りのスタイラスの角度変位を測定するために、関節プローブヘッド内に設けられている。
【００５５】
測定制御装置３２は、座標位置調整装置（例えば、ＣＭＭおよび関節プローブヘッド）のモータに、その動作を制御するための駆動信号を送り、座標位置調整装置（例えば、ＣＭＭおよび関節プローブヘッド）および測定装置（例えば、測定プローブ）の変換器からの入力を受け取る。測定制御装置３２は、特注の装置とすることも、コンピュータ上のソフトウェアとすることもできる。
【００５６】
測定装置は、ワークピース接触先端の付いたスタイラスを有する接触プローブなどの測定プローブとすることができる。接触プローブの既知の種類には、タッチトリガ（ｔｏｕｃｈ  ｔｒｉｇｇｅｒ）プローブを含み、そのプローブにおいて、スタイラスの偏位が、トリガを生じた座標位置調整装置の位置をラッチする出力を生じさせる。別の種類の既知の接触プローブは走査プローブであり、該プローブにおいて、プローブ中の変換器が、スタイラスの偏位を測定する。測定装置は、非接触プローブ（例えば、光学プローブ、静電容量プローブ、およびインダクタンスプローブ）、およびカメラなどの装置を含むこともできる。
【００５７】
ワークピースを測定しようとするとき、測定装置がたどるべき動作コース（ｃｏｕｒｓｅ  ｏｆ  ｍｏｔｉｏｎ）をプログラムする必要がある。
【００５８】
動作コースは、測定制御装置３２と通信するソフトウェア３４において計画される。測定制御装置およびソフトウェアは、同じ装置（すなわち、同じＰＣ、マシン制御装置、または特注の装置）上で動作することができるが、あるいは別個の装置とすることもできる。
【００５９】
動作コースの計画方法の概要は、図３を参照して次に説明する。第１ステップでは、４０で、ＣＡＤモデルなど、ワークピースの幾何モデルが経路計画ソフトウェア中にロードされる。そのモデルは、以下の実施形態でさらに詳細に述べるように、例えば、Ｂ−Ｒｅｐ（境界表現）またはポリゴンモデルを含むことができる。部分座標系が幾何モデルに対して作成され、それは、４２で、ワークピースを測定するために使用される座標位置調整装置の座標系と位置合わせされる。このようにして、該モデルは、座標位置調整装置のテーブル上に仮想的に配置される。
【００６０】
ソフトウェアは、４４で、測定すべき幾何モデルの１つまたは複数の表面をユーザが選択できるようにする。ＣＡＤモデルを使用することにより、モデルの面の一覧を表示させることができ、測定計画に含めるために、選択および／または選択の解除を行うことができる。Ｂ−Ｒｅｐモデルは、すでに定義された面を有しており、最初に、これらの面がポリゴンモデルなどの非パラメータ化モデルから作成される必要がある。
【００６１】
幾何モデルの表面が選択された後、４６で、各表面上で複数の点が生成される。これらの各点は、測定装置を用いて測定が行われる位置であり、測定経路の一部である。その複数の点は、ユーザにより個々に選択された、または以下でより詳細に述べる表面の幾何モデルに基づいてソフトウェア３４により自動的に生成された、表面測定プロファイルの一部として受け取ることができる。
【００６２】
表面の各点に対して、ソフトウェア３４は、４８で、表面点の測定を行うことを可能にする測定装置の複数の可能な方向および／または位置を生成する。
【００６３】
ソフトウェアは、次に５０で、測定装置がたどるべき最適化された経路を生成し、表面点のそれぞれの測定を可能にする。この測定経路は、様々な因子、例えば、速度、距離、加速度の制約などに対して最適化することができる。
【００６４】
測定経路を構成する、選択された表面上に複数の測定点を自動的に生成するステップは、図４のフロー図を参照して、より詳細に次に述べるものとする。この測定経路はまた、一般に、測定プロファイルと呼ばれる。
【００６５】
５４で、選択された表面の表面パラメータが決定され、それは表面が周期的であるか、それともループを有するかなどの情報を与える。この方法は、表面パラメータがモデル中に含まれるので、幾何モデルがＢ−Ｒｅｐの形式である場合、特に適している。
【００６６】
選択された表面の表面パラメータが決定された後、その表面を、特定の表面タイプとして識別することができ、またその表面タイプに適した測定プロファイルを、表面上で生成することができる。
【００６７】
図４のフロー図は、表面タイプに従って、測定経路を生成するための方法の１つを示している。
【００６８】
５６で、表面が周期的であるかどうかが、選択された表面の表面パラメータから判定される。表面が周期的である場合、５８で、周期的な表面に適した測定経路、例えば、円筒表面に対して螺旋パターンが選択される。複数の測定経路が利用可能である場合、デフォルトの測定経路を適用してもよいが、あるいはユーザが、ある表面に対して自分の好みの測定経路を選択できるようにしてもよい。
【００６９】
図５は、ループ境界７４と７６の間で周期的表面を有するタービン翼７２を示す。ループは、面の境界を定めるエッジが一周したものである。螺旋状の測定経路７８が示されている。
【００７０】
表面が非周期的である場合、表面が面ループをいくつ有しているかが判定される。ループとは、閉じたエッジに対するＢ−Ｒｅｐの用語である。１つ、２つ、またはそれ以上のループが存在するか否かに応じて、異なる測定経路を生成することができる。図４は、６０で、表面が１つのループを有する場合、６２で適切な測定経路、例えば、正弦波に基づいた単一の曲線測定経路が生成されることを示している。
【００７１】
図６Ａ〜Ｃは、典型的なＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍ，ｒａｔｉｏｎａｌ  Ｂ−ｓｐｌｉｎｅ：非一様有理Ｂスプライン）表面７２、例えば、タービン翼の面の測定経路を示している。表面は、ループ境界８０を有する単一のループを有する。図６Ａでは、正弦波８２に基づいた曲線の測定経路が示されている。図６Ｂは、「サメの歯（ｓｈａｒｋｓ  ｔｏｏｔｈ）」８１に基づいた、曲線の測定経路を示しており、また図６Ｃは、方形波８３に基づく測定経路を示す。代替の曲線的プロファイルを使用することもできる。
【００７２】
図４は、６４で表面が２つのループを有する場合、６６で２つのループ間で適切な測定経路が生成されることを示す。図７は、２つのループ境界８０、８６を有する典型的なＮＵＲＢＳ表面７２（例えば、タービン翼の表面）を示す。曲線の測定経路８８が、ループ境界の間で示されている。
【００７３】
３つ以上のループがある場合、６８で、各ループが、それぞれ属することとなる関連領域を有するように、表面を複数の領域に区分することができる。７０で、各領域に対して、適切な表面測定経路が生成される。図８Ａ〜８Ｄは、３つのループ境界８０、９０、９２を有する典型的なＮＵＲＢＳ表面７２（例えば、タービン翼の面）を示す。図８Ａでは、区分線９４が作成され、図７に示すものと同等な２つの領域９６、９８が生成される。領域９６、９８は、それぞれ、ループ９０、９２を含む。曲線的な表面測定経路９９が、各領域９６、９８中に示されている。他の測定経路を代替の方針を用いて作成することができ、例えば、図８Ｂは、表面全体に対する「サメの歯」曲線の測定経路１０１を示し、また図８Ｃおよび８Ｄは、曲線的な測定経路１０３の異なる構成を示している。
【００７４】
図６、７、および８は、正弦波に基づいた曲線的な測定経路を示している。しかし、他の測定経路を使用することもできる。さらに、１組の別個の測定経路を、各表面または領域に対して生成することができる。
【００７５】
測定経路が生成された後、１組の表面点を、選択的な頻度で経路に沿って生成することができる。
【００７６】
各表面上において測定経路を作成する代替的な方法を、図９〜１４を参照して以下で述べる。この方法は、ポリゴンモデルで使用するのに特に適しているが、Ｂ−Ｒｅｐを含む他の形式の一般的な幾何モデルに対して使用することができる。ポリゴンモデルは、パラメータ化されないので、モデルの表面は、本明細書でこれ以上説明しない技法を用いて識別する必要がある。
【００７７】
図９は、平坦な表面上に測定プロファイルを作成する方法に関するフロー図である。１２３で、平坦な表面が選択された後、１２４で、面が位置合わせされたバウンディングボックス（ｂｏｕｎｄｉｎｇ  ｂｏｘ）が作成される。この例では、１２６で、正弦波に基づいた曲線経路である測定経路が、平坦な表面の平面に平行なバウンディングボックス面にわたって生成される。１２８で、測定経路の各点は、バウンディングボックス面の法線を用いて、平坦な表面の平面上に投影される。平坦な面の表面と接触しない点は、測定経路から除かれる。１３０で、ソフトウェアは、点が除かれたかどうかを判定する。
【００７８】
点が除かれている場合、１３４で、測定経路の各セグメントに対して、セグメントを結合するために衝突のない（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｆｒｅｅ）経路が生成できたかどうかが判定される。プロファイルセグメントは、可能である場合、１３６で、表面に沿った経路で直接結合され、そうでない場合は、１３８で、表面から離れた（ｏｆｆ  ｓｕｒｆａｃｅ）経路により結合される。
【００７９】
その結果、１３２で、表面測定経路が作成される。
【００８０】
図１０および１１は、このようにして円筒の平坦な表面に作成された測定経路を示している。図１０には、円筒１４４の平坦な表面１４２と平行であるが、オフセットされた平面上にプロットされた曲線プロファイル１４０が示されている。図１１には、曲線経路１４６が、平坦な表面１４２上にプロットされている。測定経路は、測定経路のセグメントを結合する表面に沿った経路１４８、および表面から離れた経路１５０により変更されている。
【００８１】
図１２は、円筒面など、周期的表面上に測定経路を作成する方法に関するフロー図である。１５０で、周期的表面がまず選択され、１５２で、螺旋などの周期的な測定経路が生成され、それは、外部円筒に関しては円筒面よりも大きく、内部円筒に関しては円筒面よりも小さい。前述と同様に、螺旋の各点は円筒上に投影される。１５４で、表面と接触しない点は、螺旋から除かれる。１５６で、ソフトウェアは、点が除かれているかどうかを判定する。
【００８２】
前述と同様に、点が除かれた場合、測定経路のセグメントを結合するために経路が生成される。１６０で、測定プロファイルのセグメント間で、衝突のない直線的な経路を生成できるかどうかが判定される。可能な場合、１６２で、セグメントを共に結合するように直線的な経路が生成される。そうではない場合、１６４で、セグメントは、表面から離れた経路により結合することができる。１５８で、その結果の表面測定経路が以上により作成される。
【００８３】
図１３Ａおよび１３Ｂは、円筒の内部円筒面上に作成された測定経路を示している。図１３Ａは、円筒１４４の内部の穴１６８の内側にプロットされた螺旋経路１６６を示す。図１３Ｂは、表面の不連続部を横切って測定経路のセグメントを結合するように、経路変更１７２を用いて穴表面上に投影された螺旋１７０と、表面から離れた経路１７４とを示している。
【００８４】
図１４は、一般的な表面上の経路計画のためのフロー図である。図から分かるように、図１４の各ステップの大部分は、図９および１２と同様のものであり、平面および円筒面上の経路計画を示している。しかし、ステップ１７６で、ユーザは、未知の面を選択し、ステップ１７８で、ユーザは、表面タイプに対して選択されたデフォルトのものではない測定経路を選択する。手動で作成されたプロファイルに加えて、例えば、線、曲線、螺旋の経路を選択することができる。ステップ１８０〜１９０は、図１２のステップ１５４〜１６４と同様である。
【００８５】
図４〜８を参照して述べた方法のように、測定経路は、一連の表面点を生成するために使用することができる。
【００８６】
測定経路が生成された後（図３のステップ４６）、測定経路に沿ったプローブ２８の複数の方向を生成することができる（図３のステップ４８）。各点に対して、測定装置の複数の方向を生成する方法が、図１５を参照して以下で述べられる。
【００８７】
最初のステップで、例えば、図４〜８および図９〜１４を参照して述べられた方法で説明されたように、１０２で、一連の表面点が生成される。
【００８８】
１０４で、プローブ２８の表面検出領域が、ワークピースの他の面とプローブ２８が衝突することなく、各表面点との関係を感知する位置に配置されることを保証するために、表面の各点が検査される。接触プローブの場合、表面検出領域はプローブ先端であり、プローブ先端は、点と接触したとき、その点との関係を感知する位置にある。非接触プローブの場合、表面検出領域は、測定装置からオフセットされた点または平面を含むことができ、それは、最適な測定のための表面に、例えば、光学的プローブの場合には焦点に配置されることが好ましい。
【００８９】
次のステップ１０６において、表面の各点の間で、表面検出領域の必要な動作が生成される。表面検出領域のこの動作は、１０８で、表面検出領域が、動作中にワークピースの表面上にとどまること、および、１１０で、ワークピースの他の表面と衝突しないことを保証するために検査される。
【００９０】
次のステップ１１２で、座標位置調整装置の位置が計算されて、表面点との関係を感知する位置に、プローブ２８の表面検出領域を配置する。複数の座標位置調整装置の位置が各表面点に対して生成され、各点のそれぞれは、プローブ２８以外の表面点における表面検出領域を異なる方向に配置させる。座標位置調整装置が、位置調整装置上に取り付けられた関節プローブヘッドを含む場合、異なるプローブ２８方向を提供するように、異なるプローブヘッド角（角度Ａ１およびＡ２）が計算される。プローブヘッド角という用語は、プローブヘッドが、軸Ａ１およびＡ２に関して測定装置を保持する角度に関係する。
【００９１】
プローブ２８の異なる方向の生成は、表面の主軸およびその周期性など、その部分のパラメータによって影響されうる。例えば、穴などの内部の円筒表面は、その中心に沿って主軸を有しており、かつ周期的である。この主軸は、プローブ２８の方向の好ましい軌跡を決定する。
【００９２】
これは、動作コースの生成に対する数学的関数ベースの手法と等価である。例えば、穴などの周期的な表面の場合、動作コースは、穴の主軸に沿って関節プローブヘッドを移動させながら、軸Ａ１に関して関節プローブヘッドを振動させることにより生成することができる。
【００９３】
このような関数的手法が使用される場合、プローブ２８の可能な方向は、例えば、定義された平面または円錐内に制限される可能性がある。
【００９４】
主軸および周期性などのワークピースのパラメータが利用可能ではない場合、プローブ２８の方向のランダムな組を生成することができる。
【００９５】
その生成方法に関係なく、プローブの方向は、「正当である（ｌｅｇａｌ）」ことが必要である。ある方向は、衝突が生じないとき正当であると見なすことができる。方向が正当であるかどうかを判定するための因子はまた、座標位置調整装置の典型的な可動範囲、およびその結果として利用可能な構成空間（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｓｐａｃｅ）など、機械的な制約内にプローブがあるかどうかを含むことができる。方向が正当であるかどうかを判定するための因子はさらに、その方向が、プローブと表面の法線の間の角度など、何らかの構成制約に違反しているかどうかを含むことができる。
【００９６】
測定装置の各方向は、プローブまたは座標位置調整装置が、ワークピースと、または測定範囲中のいずれかの他の部分と衝突する状態で配置されているかどうかを調べるために検査される。衝突のない方向が維持され、かつ使用されて最適化された動作コースが生成されるが、他の方向は拒否される。
【００９７】
好ましいヘッド軌跡に沿ったヘッド角度を生成することにより、プローブヘッドの移動が初期に制約されていた場合、発見された何らかの衝突により、これらの好ましいヘッド角度から逸脱するさらなるプローブ構成が生成されるため、経路を「緩める（ｌｏｏｓｅｎｉｎｇ）」影響が生ずる。関数ベースの手法は、衝突検査によって同様に影響を受けることになる。
【００９８】
プローブ２８の衝突のない方向は、必要な数が得られるまで、または生成の繰返しの最大数に達するまで生成される。前者は、実際的な時間枠内で包括的な方向生成を達成する利点を有する。後者の制約は、達することのできない、すなわち、プローブが物理的にその点にアクセスできない、かつその結果、測定不能である表面点により生ずる方向生成ループにシステムが入ることを阻止する利点を有する。
【００９９】
測定点におけるプローブの方向計算は、図１７を参照して概略的に示されている。図１７には、プローブにより測定されるアーチファクト（ａｒｔｅｆａｃｔ）のＣＡＤモデル３３が示されている。測定されるアーチファクトが沿う測定経路３５は、例えば、上記で述べた方法を用いて計算されている。アーチファクトを測定するためのプローブは、ＣＡＤモデル３７において抽象的に表されており、第１の球３９はプローブ先端を表し、円筒４１はスタイラスを表し、また第２の球４３はプローブヘッドを表している。ソフトウェアは、測定経路に沿った複数の点に対するアーチファクトのＣＡＤモデル３３に対する、プローブ２８のＣＡＤモデル３７の複数の異なる方向を生成する。
【０１００】
例えば、第１の測定点Ａの場合、プローブのＣＡＤモデル３７が、アーチファクトのＣＡＤモデル３５に対する第１の計算された方向３７ａ、第２の計算された方向３７ｂ、および第３の計算された方向３７ｃが示されている。図示のように、プローブ先端３９は、３方向のそれぞれに対するアーチファクトのＣＡＤモデル３３の表面上の同じ点にある。したがって、アーチファクトのモデル３３に対して、プローブのヘッド４３のモデルを効果的に再配置することにより、異なる方向が達成される。図示された３方向の場合、他の２方向３７ｂおよび３７ｃにおけるプローブのＣＡＤモデル３７の少なくとも一部が、アーチファクトのＣＡＤモデル３３と衝突状態にあるので、第１の方向３７ａだけが正当である。衝突している部分は点線４５で示されている。したがって、この場合、ソフトウェアは、決定された３方向の中から、第１の方向３７ａだけを選択することができる。
【０１０１】
さらに、第２の測定点Ｂの場合、プローブのＣＡＤモデル３７が、アーチファクトのＣＡＤモデル３５に対して、第１の計算された方向３７ｄ、第２の計算された方向３７ｅ、および第３の計算された方向３７ｆで示されている。図示のように、プローブ先端３９は、３方向のそれぞれに対して、アーチファクトのＣＡＤモデル３３の表面上の同じ点にある。したがって、アーチファクトのモデル３３に対するプローブのヘッド４３のモデルを再配置することにより、異なる方向が達成される。図示された３方向に関して、第１の方向３７ｄおよび第２の方向３７ｅは正当であるが、第３の方向３７ｆは正当ではない、すなわち、第３の方向３７ｆにおけるプローブのＣＡＤモデル３７の一部が、アーチファクトのＣＡＤモデル３３と衝突状態にある（点線４５で示される）。したがって、この場合、ソフトウェアは、最終的な動作コースで使用するために、第１の方向３７ｄと第２の方向３７ｅの間を選択することができる。ソフトウェアが、これらの方向の間をどのようにして選択するかについては、以下でより詳細に述べるが、それは、例えば、性能因子に依存する可能性がある。
【０１０２】
説明を簡単化し、かつ明確にするために、図１７に関しては、２つの測定点に対していくつかの方向が示されているに過ぎない。しかし、当然のことながら、経路に沿った測定点ごとに、アーチファクトのＣＡＤモデル３３に対するプローブのＣＡＤモデル３７のより少ない、またはより多くの方向を計算することが可能である。さらに、測定経路３５に沿った、さらに多くの測定点に対して方向を決定することも可能である。
【０１０３】
プローブ２８の十分な数の方向が生成された後、プローブ２８のための最適化された動作コースが生成される（図３のステップ５０を参照）。この動作コースは、各表面点に対して、複数のプローブ２８方向のうちの１つを結合する。プローブ２８の動作コースは、様々な基準に関して、例えば、プローブ２８の最短経路または最速の経路に関して最適化することができる。
【０１０４】
具体的には、座標位置調整装置は、異なる軸に対して異なる慣性偏位（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）特性を有する可能性があり、また、所与の必要な確度に対して最良の速度を達成できるように、各軸の知られた慣性撓み特性に基づいて、システムの異なる部分の加速度を制限すべく、経路を最適化することができる。座標位置調整装置が、ＣＭＭ上に取り付けられた関節プローブヘッドを備える場合、関節プローブヘッドはＣＭＭよりも剛性があり、したがって、加速度下でＣＭＭよりも曲がらない可能性がある。したがって、動作コースは、ＣＭＭの加速度を最小化し、それにより曲げを低減することにより最適化することができる。
【０１０５】
動作コースを最適化するために様々な方法を、例えば、Ａ＊サーチ（Ａスターサーチ）、フロイド−ワーシャルアルゴリズム、ジョンソンのアルゴリズムとベルマン−フォードアルゴリズム、および遺伝的アルゴリズムを使用することができる。すべてはよく知られており、さらなる説明は行わない。
【０１０６】
好ましい実施形態では、ダイクストラアルゴリズムが使用され、それを以下でより詳細に述べる。これは、よく知られた計算コストの高いアルゴリズムであり、ソースノードを指定し、そのソースノードと他のすべてのノードの間のエッジ重みを計算することによって、最短経路を決定することができる。各エッジの重みは、それを使用する望ましさを記述する値であり、最も低い値は、最も望ましいノード対の接続を示している。最も望ましいノード対接続が見いだされた後、第１のノードはその組から除かれ、プロセスは第２のノードを用いて繰り返され、以下同様に行われる。
【０１０７】
ダイクストラアルゴリズムを本発明における動作コースの最適化に適用することを、図１６を参照して以下で述べる。
【０１０８】
図１６は、表面測定経路上の４つの表面点２００、２０２、２０４、２０６を示している。各表面点２０２〜２０６に対して、各方向をノードとして、いくつかの異なる正当なプローブ方向が生成されている。図１６は、各表面点に対する１組のプローブ方向を表す１組のノードを示している。例えば、表面点２０２は、３つのプローブ方向２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃを有する。異なる表面点に対して、可能なプローブ方向の数は異なる。すべての可能な測定装置方向（ノード）は、エッジ（ノードを結合する線２０８により表される）により接続され、また各エッジ２０８に対する重み２１０は、ノード対の間を移動するコストとして計算されている。「コスト」は、適用される測定基準に依存する。
【０１０９】
望ましさの重みを割り当てるために使用され適用される測定基準は、経路の最適化を支配する因子に従って選択される。可能な測定基準の例は、開始点と終了点の間でプローブが移動を行うために必要な時間の計算と、測定装置を位置決めするために、座標位置調整装置により移動される距離とを含む。このように、動作コースは、最短または最速の動作コースなど、異なる因子に対して最適化することができる。
【０１１０】
座標位置調整装置の部分の加速度を最小化するように動作コースの重み付けをする方法など（座標位置調整装置が、ＣＭＭ上に取り付けられた関節プローブヘッドを含む場合のＣＭＭなど）、他のコスト測定基準を使用することもできる。
【０１１１】
各ノードの下のボックス２１２の中の値は、前のノードからそのノードに移動する最小のコストである。したがって、選択される動作コースは、例えば、最後の点のいずれかのノード上で、最小のコストを有するコースとすることができる。これは、太い経路１１４で示される。
【０１１２】
図１８は、複数の別個の測定点において、測定すべきアーチファクトの測定経路の一部に沿ったプローブの決定された動作コースの概略のＣＡＤモデルの図を提供する。具体的には、アーチファクトのＣＡＤモデル３３の測定経路３５に沿った複数の測定点のそれぞれにおけるプローブの選択された方向が、プローブのＣＡＤモデル３７により示されている。理解されるように、示されたものよりも少ない、または多くの測定点におけるプローブ方向を、動作コースの一部として計算することができる。
【０１１３】
理解されるように、本発明の方法が、（例えば、図１７で示すような）様々な可能な方向を示す視覚的なＣＡＤモデル、または（例えば、図１８で示すような）最終的に決定された動作コースを生成することは本質的なものではない。そうではなくて、図１７および１８は、本発明の方法が、特定の一実施形態でどのように実行されうるかの説明を単に支援するために提供されている。そうではあるが、理解されるように、アーチファクトのＣＡＤモデルとプローブのＣＡＤモデルとの間の関係の視覚的な表現を提供することを、本発明の任意選択の特徴とすることもできる。これは、例えば、決定された動作コースをユーザが評価するのを支援することもできる。
【０１１４】
前述の諸実施形態では、プローブは、ＣＭＭのクイルと同等の取付け構造上に取り付けられている。本発明はまた、他の機械タイプに取り付けられる測定装置の動作コースを計画する場合に使用するのに適している。例えば、プローブは、検査ロボットの遠位端に取り付けることができ、それは、例えば、いくつかの関節をなす結合部を有するロボットアームを備えることができる。
【０１１５】
前述の諸実施形態では、プローブが移動すると仮定されている。しかし、理解されるように、本発明はまた、プローブの代わりにワークピースが移動する、またはワークピースおよびプローブが移動する実施形態に適用することもできる。例えば、ワークピースを、位置決め装置の移動可能なクイル上に取り付けることもできる。任意選択で、ワークピースは、回転することのできるテーブル上に、かつ／またはプローブに対して再度方向付けのできるテーブル上に取り付けることもできる。
【０１１６】
さらに、前述の実施形態は、アーチファクトを測定するための測定装置およびそのオペレーションに関する。理解されるように、本発明はまた、他のタイプの装置に対して、例えば、アーチファクトを機械加工するためのツールに対して、動作コースのデータを生成するために使用することもできる。例えば、本発明は、フライス切削（ｍｉｌｌｉｎｇ）オペレーション中のフライス切削ツールの動作コースを決定するために使用することもできる。例えば、切削ツールが、構造（例えば、溝）を、それに沿って切削するアーチファクトの表面を横切る経路を表す経路データ、ならびに切削ツールを表す幾何データを受け取ることができ、また本方法は、切削ツールが切削経路に沿って移動する間、切削ツールをどのように方向付けるかを決定するために使用することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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